CN101612695A - 一种定宽侧压机模块的表面堆焊材料及堆焊工艺 - Google Patents

Abstract

一种定宽侧压机模块的表面堆焊材料及其堆焊工艺，堆焊材料成分质量百分比为：C≤0.08％、Si≤0.50％、Mn 0.50－3.00％、Cr 15.0－20.0％、Mo 5.00－15.0％、W 2.00－8.00％、Co 5.00－15.0％、Nb 2.00－6.00％、Ti+Re 3.00－5.00％、S≤0.01％、P≤0.02％、余量为Ni。其堆焊工艺包括如下步骤：a)堆焊前，模块本体在加热炉加热到400℃～450℃保温，b)出炉后模块置于工装上方，用嵌述表面堆焊材料进行堆焊，堆焊时采用电加热板，保证堆焊层间温度为350℃～500℃；c)堆焊后模块整体进行500℃～650℃×(18～24)h焊后热处理。本发明采用耐热合金材质，堆焊层具有优异的耐高温、抗热裂、耐磨损、抗腐蚀性能。

Description

一种定宽侧压机模块的表面堆焊材料及堆焊工艺

技术领域

本发明涉及定宽侧压机，特别涉及用于侧压机模块或锻造锤头等冶金工具的表面改性和再生修复的一种耐高温、耐冲击定宽侧压机的表面堆焊材料及堆焊工艺。

背景技术

随着连铸连轧技术的迅速发展，为了适应板坯轧制过程中宽度的频繁调整和变换，提高热轧生产效率，板坯大侧压在线宽度调整技术被广泛应用于热轧生产线。

作为连铸和连轧的中间环节，板坯调宽技术在整个热轧生产线上起着重要作用。板坯调宽通常采用立辊轧机轧制调宽和定宽侧压机大侧压调宽两种方法。

定宽侧压机简称SP大侧压机，采用了水平步进对向型轧制方式，通过2个对称运动的模块对板坯的连续侧压来实现板坯调宽，与立辊轧机相比，定宽侧压机极大地减少了连铸板坯的种类和规格，提高了连铸和热轧的一体化水平，同时还降低了板坯头尾的切损，在调宽效率、板型控制等方面具有很大优势。因此，定宽侧压机已成为当今热轧机组必不可少的重要设备之一。

定宽侧压机在对板坯调宽的过程中，其工作模块直接与板坯接触，承受全部的轧制力，处在高温、高冲击载荷的工作环境，工况条件非常苛刻。因此，对模块材质的耐高温性能、抗冲击性能及耐磨性能等要求很高。

日本专利JP2002194478A公开了一种定宽侧压机模块的铸铁材料，以克服传统模块材料的性能不足。其成分质量百分比为：3.2-4.2％C、1.0-2.5％Si、0.1-0.6％Mn、1-2.5％Ni、0.2-0.8％Mo、P≤0.10％、S≤0.02％、Cr≤0.15％、Mg 0.04-0.10％，组织中石墨含量≥15％，尺寸≥100μm的石墨比例≥50％。该模块材料的优点是制造工艺简单、制造成本低，通过添加适量的Ni、Mo等合金元素，以提高模块的机械强度和耐磨性能。由于是普通合金球墨铸铁材料，组织粗大、碳化物聚集、脆性高，高温、冲击状态下容易产生热裂纹和磨损，只适用于低温、低冲击载荷的工况条件。

日本专利JP 2004306119A发明了一种表面有狭缝的定宽侧压机模块，有效抑制了与板坯长时接触位置热裂纹的产生和扩展。狭缝的宽高比≥3，大多数狭缝布置成固定的间距和角度，与板坯进给方向的角度大约为0-90°，最可取的是将狭缝布置成网格形，狭缝间距为5-200mm。

美国专利US5600986A(EP0628360A1)公开了一种侧压机模块更换系统，采用两种或更多开口形状的模块分层布置，采用能够上下方向互换的夹持方式，用于低碳钢和不锈钢等不同类型铸坯的同计划侧压减宽，每次侧压减宽过程可以快速进行，不需要反复更换模块。

我国于上世纪八十年代引进日本的定宽侧压机成套设备，国产定宽侧压机模块制造技术还比较落后，一般采用低合金整体锻钢材质，在线轧制7万吨后，切削20mm后继续使用，共可车削5次，模块使用寿命仅为42万吨左右，使用寿命短、质量不稳定。

传统的进口定宽侧压机模块采用整体球墨铸铁材质，球墨铸铁的含C量高、组织粗大，韧性和耐高温性能不佳，裂纹敏感倾向大，使用过程中容易产生表面龟裂，模块的使用寿命短、更换频繁，每次更换后切削量大，不利于使用和维护。球墨铸铁材质模块每次在线使用不足10万吨，更换后裂纹较深，必须进行切削清除表面裂纹后再使用，球墨铸铁材质模块共可车削加工使用5次，总使用寿命不超过60万吨。

发明内容

本发明的目的是提出一种定宽侧压机模块的表面堆焊材料及堆焊工艺，适用于侧压机模块，采用耐热合金材质，堆焊层具有优异的耐高温、抗热裂、耐冲击、耐磨损、抗腐蚀性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

一种定宽侧压机模块的表面堆焊材料，其成分质量百分比为：

C  ≤0.08％

Si  ≤0.50％

Mn  0.50-3.00％

Cr  15.0-20.0％

Mo  5.00-15.0％

W   2.00-8.00％

Co  5.00-15.0％

Nb  2.00-6.00％

Ti+Re  3.00-5.00％

S  ≤0.01％

P  ≤0.02％

余量为Ni。

Ni、Cr是保证堆焊金属抗高温氧化性和抗黏着磨损的重要元素，而Mo、W、Co、Ti+Re、Nb等合金元素则是保证堆焊金属的强度、红硬性和耐磨性的不可缺少元素，这些合金元素的共同作用形成钴铬钨合金，其内部存在大量的碳化物、金属间化合物等强化相，使堆焊金属具有抗高温、耐磨性能和其它高温综合性能。

该镍基高温合金能满足1000℃左右高温热强性(高温强度、蠕变抗力、高温疲劳强度)的抗氧化、抗蚀性的要求，加入了大量的强化元素，如Mo、W、Co、Ti+Re、Nb等，以保证其优越的高温性能。除具有固溶强化作用，高温合金更依靠Ti等与Ni形成金属间化合物γ相(Ni3Ti等)的析出强化和部分细小稳定MC、M₂₃C₆碳化物的晶内弥散强化以及Re等对晶界起净化、强化作用。

加大量Cr的目的是进一步提高高温合金抗氧化、抗高温腐蚀性能。Nb是固溶强化元素，又是时效强化元素，能提高原子间结合力，阻止位错运动，避免高温失塑裂纹的产生。

模块硬度随Cr含量的增加而提高，而稀土元素的含量在较大范围内，即0～5％变化时，对硬度的影响幅度不大，但对金属韧度有着相当的改善作用。

本发明的镍基高温合金堆焊材料比传统的1Cr13系列耐热马氏体不锈钢堆焊材料增加了Ni、Cr、Mo、W、Co、Ti+Re、Nb高温热强性的合金元素，更适用于高温、冲击等恶劣工况条件，1Cr13系列堆焊材料具有更优异的抗高温氧化、耐磨损、抗腐蚀性能。

根据熔着金属的化学成份，分别选取Cr、Ni、Mo、W、Co、Nb等相应元素的纯合金粉，制成直径为3.2～4mm的管状焊丝，即可制成所需的堆焊合金管丝。

定宽侧压机模块一般采用整体锻造或整体铸造的制造工艺，尚未见有通过表面堆焊改性改善模块使用性能的报道，易产生热裂纹和磨损，影响模块的使用寿命。

本发明定宽侧压机模块的表面堆焊材料的堆焊工艺，包括如下步骤：

a)堆焊前，模块本体在加热炉加热到400℃～450℃保温，

b)出炉后模块置于工装上方，用前述表面堆焊材料进行堆焊，堆焊时采用电加热板，保证堆焊层间温度为350℃～500℃；

c)堆焊后模块整体进行500℃～650℃×(18～24)h焊后热处理。

堆焊层厚度50mm，有效堆焊层厚度35mm以上。

经过时效处理后，熔合区的基体侧由于合金元素的扩散、重结晶作用，其组织出现一定的过渡，从而大大地改善了熔合区的性能，增强了熔敷金属与基体的结合性能，有效地降低了熔敷金属在工作过程中的剥落倾向，工件的使用寿命大大增加。

采用本发明的堆焊合金管丝，配合焊剂，即可进行模块堆焊。

由于镍基合金导热性差，在焊接时比较容易出现气孔、热裂纹、未熔合、变形、咬边等堆焊缺陷。堆焊前模块本体必须预热，堆焊时应选用合理的堆焊工艺参数并严格控制堆焊层间温度。

通过模块表面堆焊，可大大提高模块在线使用寿命，降低模块更换时间，提高模块总体使用寿命，同时模块还可以重复堆焊修复再使用，节省原材料，降低制造成本。

本发明定宽侧压机模块的表面堆焊材料及堆焊工艺，用于侧压机模块表面改性处理，模块在接触板坯一侧表面堆焊镍基合金材料，堆焊工艺采用热量集中、气体保护效果好的手工钨极氩弧焊，获得组织均匀、耐高温性能优异、无缺陷的表面堆焊层。模块本体选用低合金钢或碳钢材质，韧性好、强度较高，具有良好的堆焊工艺性能。

本发明的有益效果

目前，采用进口的球墨铸铁材质定宽侧压机模块，每次使用寿命为在线轧制钢坯10万吨左右，由于表面热裂纹较深，表面清除裂纹的切削量较大，重复表面加工再使用不足5次，合计使用寿命为在线轧制钢坯60万吨，模块即整体报废。

本发明的表面堆焊定宽侧压机模块，每次能在线轧制钢坯20万吨，只需切削表面堆焊层约5mm、清除表面裂纹后就可继续使用，每次堆焊修复后，通过表面加工，共可重复使用6次，合计使用寿命为在线轧制钢坯140万吨，之后再重新堆焊修复，再次投入使用。

本发明表面堆焊定宽侧压机模块大大提高了在线使用寿命，延长了模块更换周期，模块可重复堆焊修复再使用，模块的总体使用寿命提高5倍以上。

具体实施方式

本发明实施例参见表2。模块本体材料可以采用42CrMo材质，调质处理，硬度HB235-285，以保证模块本体材料的强韧性良好。

实施例1

堆焊前，模块本体在加热炉加热到400℃保温；出炉后模块置于工装上方，用前述表面堆焊材料进行堆焊，堆焊时采用电加热板，保证堆焊层间温度为400℃；堆焊后模块整体进行600℃×24h焊后热处理。堆焊层厚度50mm，有效堆焊层厚度40mm以上。

实施例2

堆焊前，模块本体在加热炉加热到450℃保温，出炉后模块置于工装上方，用前述表面堆焊材料进行堆焊，堆焊时采用电加热板，保证堆焊层间温度为500℃；堆焊后模块整体进行650℃×20h焊后热处理。堆焊层厚度50mm，有效堆焊层厚度35mm以上。

按表1所示化学成份制作本发明的模块堆焊材料，对比例的整体铸造球墨铸铁材料。

表1

单位：质量百分比

实施例	C	Si	Mn	Cr	Mo	W	Co	Nb	Ti+Re	S	P	Ni
													1	0.02	0.1	0.50	17	5	2	15	6	3	0.008	0.012	余量
2	0.01	0.3	1.00	17	15	5	5	4	5	0.005	0.011	余量
													3	0.05	0.5	3.00	20	10	8	10	2	5	0.006	0.012	余量
4	0.05	0.2	2.00	15	8	4.5	6.5	4.8	4.5	0.006	0.014	余量
													5	0.02	0.4	1.50	16.5	12	7	8	2.5	3	0.010	0.014	余量
6	0.03	0.3	2.50	19	10	3	13	3	4	0.005	0.011	余量
													对比例	3.8	2.0	0.3	0.02	0.5					0.021	0.032	0.5

采用实施例的模块堆焊材料和对比例材料，采用相应的堆焊和铸造工艺分别制作试料，然后分别加工成

40×50mm的冷热疲劳试样，经50℃-800℃的急冷急热循环疲劳试验，结果实施例试样经1000次循环裂纹均不超过5mm，而球墨铸铁材质对比例试样经10次循环裂纹深度超过15mm。

本发明模块堆焊材料耐高温性能明显优于传统的球墨铸铁模块材料，完全满足定宽侧压机模块循环修复使用的要求。

Claims (4)

1.一种定宽侧压机模块的表面堆焊材料，其成分质量百分比为：

C   ≤0.08％

Si  ≤0.50％

Mn  0.50-3.00％

Cr  15.0-20.0％

Mo  5.00-15.0％

W   2.00-8.00％

Co  5.00-15.0％

Nb  2.00-6.00％

Ti+Re  3.00-5.00％

S   ≤0.01％

P   ≤0.02％

余量为Ni。

2.如权利要求1所述的定宽侧压机模块的表面堆焊材料的堆焊工艺，包括如下步骤：

a)堆焊前，模块本体在加热炉加热到400℃～450℃保温，

b)出炉后模块置于工装上方，用权利要求1所述表面堆焊材料进行堆焊，堆焊时采用电加热板，保证堆焊层间温度为350℃～500℃；

c)堆焊后模块整体进行500℃～650℃×(18～24)h焊后热处理。

3.如权利要求2所述的定宽侧压机模块的表面堆焊材料的堆焊工艺，其特征是，堆焊后有效堆焊层厚度35mm以上。

4.如权利要求2所述的定宽侧压机模块的表面堆焊材料的堆焊工艺，其特征是，模块本体选用低合金钢或碳钢材质。